Подвижность электронов в тонких пленках кремния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зайцева Эльза Гайнуллаевна

• Зайцева Эльза Гайнуллаевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Зайцева Эльза Гайнуллаевна

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Электроны в инверсионном слое

1.2 Подвижность носителей заряда в объеме и приповерхностных слоях кремния

1.2.1 Кулоновское рассеяние

1.2.2 Рассеяние на фононах

1.2.3 Рассеяние на шероховатости границы раздела

1.2.4 Концепция универсальной полевой зависимости подвижности

1.3 Пленки кремний-на-изоляторе

1.3.1 Соир1т§-эффект. Подвижность носителей заряда в полностью обедняемых пленках кремния

1.3.2 Особенности определения полевой зависимости подвижности в тонкопленочных транзисторах

Выводы по главе

Глава 2. Описание экспериментальных образцов и методов исследований

2.1 Экспериментальные образцы

2.2 Методы исследований

2.2.1 Вольт-амперные измерения

2.2.2 Температурные зависимости подвижности носителей заряда

2.2.3 Численное моделирование

2.2.4 Комбинационное рассеяние света

2.2.5 Высокоразрешающая электронная спектроскопия

Глава 3. Подвижность электронов в тонких пленках кремния

Механизмы рассеяния в тонких пленках

3.1 Режим обеднения

3.2 Режим обогащения

3.3 Режим инверсии

Выводы по главе

Глава 4. Выделение компонент эффективной подвижности электронов в тонких пленках

Экспериментальное сравнение подвижности электронов вблизи внутренней

границы раздела Si/BOX пленок КНИ

Выводы по главе

Глава 5. Сравнение подвижности носителей заряда в тонкопленочных транзисторах с разными конструктивными параметрами

5.1 Разная толщина пленки ^

5.2 Разная толщина верхнего окисла ^

5.3 Разная толщина скрытого окисла ^х

5.4 Алгоритм выбора условий, обеспечивающих одинаковое пространственное распределение носителей заряда в тонких пленках

5.5 Экспериментальное сравнение подвижности электронов в пленках

кремния

Выводы по главе

Заключение

Благодарности

Публикации по теме диссертации

Список используемой литературы

Список основных сокращений и условных обозначений:

ВРЭМ - высокоразрешающая электронная микроскопия

ГР - граница раздела

КНИ - кремний-на-изоляторе

КРС - комбинационное рассеяние света

МОП - металл-окисел-полупроводник

BG - нижний затвор (back gate)

BOX - скрытый окисел (buried oxide)

TG - верхний затвор (top gate)

A - среднеквадратичное значение высоты шероховатости ГР Si/SiO2

Л - корреляционная длина шероховатости ГР Si/SiO2

X - ширина инверсионного слоя

[eff - эффективная подвижность носителей заряда

це - компонента эффективной подвижности носителей заряда, определяемая кулоновским рассеянием

[ph - компонента эффективной подвижности носителей заряда, определяемая фононным рассеянием

[sr - компонента эффективной подвижности носителей заряда, определяемая рассеянием на шероховатости ГР

[V_e - объемная составляющая це, определяемая рассеянием на ионизованной примеси

[s_e - поверхностная составляющая це, определяемая рассеянием на заряженных состояниях ГР

[v_ph - составляющая [ph, определяемая рассеянием носителей заряда на фононах в объеме кремния

[is_ph - составляющая [ph, определяемая рассеянием носителей заряда на фононах вблизи ГР Si/SiO2 р - центроид заряда

ф1 - потенциал основной ГР Si/BOX

ф2 - потенциал дополнительной ГР Si/Ox

CBOX - емкость скрытого окисла

Dit - плотность поверхностных состояний

Eeff - эффективное электрическое поле, перпендикулярно направленное к ГР Si/SiO2

Ids - электрический ток между стоком и истоком L - длина транзистора

N(x) - распределение концентрации свободных носителей заряда в пленке

Na, Nd - концентрация акцепторной и донорной примеси

Ne - плотность индуцированных носителей заряда в канале транзистора

q - заряд электрона

T - температура

tBOX - толщина скрытого окисла

tox - толщина окисла на поверхности пленки

tsi - толщина пленки кремния

tdepi - толщина обедненной области

Vbg - напряжение на BG-затворе

Vtg - напряжение на TG-затворе

Vds - тянущее напряжение между стоком и истоком

Vth - пороговое напряжение МОП-транзистора

W - ширина транзистора

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Подвижность электронов в тонких пленках кремния»

ВВЕДЕНИЕ

Для большого класса современных устройств на основе пленок кремния, таких как тонкопленочные транзисторы, многозатворные транзисторы непланарных конструкций, приборы оптоэлектроники, биохимические сенсоры и т.д. [1-4], свойства границ раздела (ГР) пленки со скрытым диэлектриком и с диэлектриком на поверхности пленки являются в равной степени приборно-значимыми. Свойства этих ГР пленки могут существенно различаться [5-6]. Прежде всего, это обусловлено разными методами их формирования. Диэлектрик на поверхности пленки Si, как правило, формируется методами термического окисления или осаждения. Внутренняя ГР пленки Si со скрытым диэлектриком (BOX - buried oxide) формируется на этапе изготовления пластин КНИ методами термического окисления во влажном/сухом кислороде, окисления за счет имплантированного в кремний кислорода, методом сращивания кремния с SiO2 и др. [7]. Кроме того, эта ГР может быть модифицирована в процессе утончения пленок и изготовления приборов, поскольку скрытый диэлектрик может препятствовать диффузии дефектов и примесей вглубь Si подложки [8-9]. Поэтому одной из основных задач при работе с пленками кремния и приборами на их основе является определение и контроль свойств внутренней ГР Si/BOX.

Для определения свойств гетеросистем широко используется эффективная подвижность носителей заряда ^eff. Она обеспечивает физическое понимание процессов рассеяния носителей заряда, влияющих на их транспорт. Хорошо известно, что эффективная подвижность ^eff включает компоненты, определяемые рассеянием носителей заряда на кулоновских центрах (на ионизованной примеси, поверхностных состояниях и на заряде в диэлектрике), на фононах и на шероховатости ^sr ГР [10-11]. Определение подвижности и ее компонент вблизи внутренней ГР пленка/скрытый диэлектрик позволяет оценить качество этой гетеросистемы (без разрушения

ее структуры) с точки зрения шероховатости, структурного совершенства пленки, наличия кулоновских центров рассеяния вблизи границы раздела.

В системах 81/8Ю2 на объемном материале для определения цед- и ее компонент используются полевые зависимости подвижности цея(Еей), извлекаемые из вольт-амперных характеристик МОП-транзисторов (где Еед- -эффективное электрическое поле, перпендикулярно направленное к ГР). Использование зависимостей Цей(Еей) для разных гетеросистем физически обосновано однозначным соответствием между Еед", пространственным распределением носителей заряда К(х) и механизмами их рассеяния [12-13]. При комнатной температуре в области высоких значений Е^ (>5-105 В/см) носители заряда локализованы на расстоянии Х<3 нм от ГР 81/8Ю2. В этих условиях доминирующим является рассеяние на шероховатости ГР. В области низких полей (Еед- <2-105 В/см, X >6 нм) подвижность ограничена рассеянием на кулоновских центрах (при уровне легирования Ка<7-1016 см-3 доминирует кулоновское рассеяние на поверхностных состояниях). В среднем диапазоне полей (3 нм< X <6 нм) преобладает рассеяние носителей на фононах. Также установлено, что полевые зависимости подвижности описываются степенной функцией цед- ~Е^-п, и существует соответствие между показателем п и доминирующими механизмами рассеяния. На основе экспериментальных данных, полученных для транзисторов с высококачественной ГР 81/8Ю2 (с плотностью поверхностных состояний Вй<10п эВ-1см-2 и шероховатостью Д=2.4 А [14]), была определена универсальная полевая зависимость подвижности - Цт^Е^) [12]. Сравнение экспериментальных зависимостей Цей(Еей) с Цт^Е^) широко используется для оценки свойств гетеросистем при синтезе новых материалов, модификации гетерограниц, разработке технологии приборов.

Однако, концепция полевой зависимости подвижности, физически

обоснованная для гетеросистем на объемном материале, не может быть прямо

перенесена на тонкие пленки. Под тонкими понимаются полностью

обедняемые пленки с толщиной < ^ер1 (где - толщина области обеднения

7

кремния). В тонких пленках наблюдается, так называемый, соир1т§-эффект -взаимосвязь потенциалов ф1 и ф2 на противоположных границах раздела пленки, ф1=/(ф2) (где ф1 - потенциал на "основной" или тестируемой ГР пленки, т.е. ГР, вблизи которой индуцируются носители заряда, ф2 - потенциал на противоположной или "дополнительной" ГР) [15-18]. Вследствие соир1т§-эффекта Бей- и цей в тонких пленках становятся функцией двух потенциалов ф1 и ф2. Нарушается однозначное соответствие между Бей, распределением носителей заряда К(х), значением п и доминирующими механизмами рассеяния. Как результат:

1) одно и то же значение поля Бей может быть создано разной комбинацией потенциалов на противоположных ГР и соответствовать разным распределениям концентрации носителей заряда в пленке. Поэтому разница в значениях цей при фиксированных значениях Бей может быть обусловлена как физическими причинами, связанными с качеством гетеросистем, так и разным пространственным распределением носителей заряда по пленке [16];

2) для тонких пленок наблюдается серия зависимостей цей(Бей) вместо одной зависимости ЦейБей), как для гетеросистем на объемном материале [17];

3) в рассеянии носителей заряда могут участвовать две границы раздела пленки, каналы проводимости могут быть сформированы вблизи обоих ГР.

Вследствие этого, для тонких пленок возникают проблемы в:

1) определении Бейй из-за необходимости численного расчета распределения концентрации носителей заряда по пленке К(х);

2) определении цей и ее компонент вблизи исследуемой системы пленка Si/диэлектрик;

3) установлении доминирующих механизмов рассеяния при известных значениях Бейй;

4) выборе комбинации потенциалов на границах раздела пленок (или напряжений на затворах тонкопленочных транзисторов), обеспечивающих одинаковое распределение носителей заряда в пленках. Последнее

необходимо при сравнении цей в тонкопленочных структурах.

8

Таким образом, использование концепции полевой зависимости подвижности, разработанной для транзисторов на объемном 81, может приводить к ошибкам в определении и анализе цед- в тонкопленочных транзисторах. Из-за проблем в определении эффективного поля в тонких пленках тенденцией становится использование зависимостей подвижности носителей заряда от их плотности вместо полевых зависимостей

Цей(Еей). Это упрощает определение подвижности носителей заряда, но не решает перечисленные проблемы характеризации свойств гетеросистем в тонкопленочных транзисторах.

Цель работы состояла в разработке нового подхода на основе зависимостей ЦейС№е) для определения доминирующих механизмов рассеяния и выделения компонент подвижности носителей заряда вблизи гетерограниц тонких пленок кремния.

В задачи работы входило:

• определение закономерностей в поведении подвижности электронов в зависимости от их плотности и потенциала на дополнительной ГР в тонких пленках кремния;

• экспериментальное выделение и сравнение компонент эффективной подвижности электронов в пленках кремния;

• определение параметров/условий, обеспечивающих одинаковое пространственное распределение носителей заряда в тонкопленочных транзисторах с разными конструктивными параметрами (толщиной пленок и окружающих их диэлектриков).

Научная новизна полученных результатов

1. Предложен новый подход для определения компонент подвижности и доминирующих механизмов рассеяния электронов в тонких пленках, основанный на использовании зависимостей ц^Ке);

2. Установлены закономерности поведения подвижности электронов в

тонких пленках кремния. Показано, что подвижность носителей заряда

9

описывается серией зависимостей цей(Ке), которые могут быть аппроксимированы степенными функциями Ке-п. Установлено соответствие между значением показателя п, пространственным распределением носителей заряда по пленке и доминирующими механизмами рассеяния; 3. Впервые экспериментально выделены компоненты подвижности электронов, определяемые рассеянием на фононах и на шероховатости ГР ^г, получено их распределение в пределах единиц нанометров от внутренней ГР пленка Б^скрытый окисел. Практическая значимость:

• Предложен метод определения компонент подвижности электронов

и в тонких пленках кремния, позволяющий проводить

мониторинг/сравнение свойств систем пленка/скрытый диэлектрик без их разрушения. Метод включает управление локализацией носителей заряда за счет соир1т§-эффекта и использование температурных зависимостей подвижности;

• Предложен метод экспериментального определения условий, необходимых для сравнения подвижности носителей заряда в тонкопленочных транзисторах с разными конструктивными параметрами, исключающий ошибки, связанные с разным распределением носителей по пленке.

Полученные результаты могут быть использованы при сравнении свойств пленок КНИ от разных производителей, при отработке новых технологий получения пленок и приборов на их основе. Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов обеспечивается их воспроизводимостью, взаимодополняющими экспериментальными методами исследования, согласованием с результатами моделирования и данными других работ. Результаты прошли проверку на конференциях и в процессе публикации материалов.

Выносимые положения:

1. В гетеросистемах тонкая пленка 81/8Ю2 показатель п степенных аппроксимаций подвижности электронов Ц^Ке)~Ке-п определяется пространственным распределением электронов в пленке и доминирующими механизмами рассеяния.

2. В тонких пленках кремния с уровнем легирования Ка<7 1016 см-3 при высокой плотности индуцированных электронов Ке> 5 1012 см-2 эффективная подвижность электронов цед- определяется рассеянием на фононах и на шероховатости ГР. Использование температурных зависимостей подвижности носителей заряда, полученных в режиме обогащение/инверсия со стороны противоположных границ раздела пленки, позволяет выделять компоненты подвижности, определяемые рассеянием носителей заряда на фононах и шероховатости ГР.

3. Комбинации потенциалов на границах раздела тонких пленок, обеспечивающие одинаковое пространственное распределение носителей заряда, определяются 1) плотностью индуцированных носителей заряда, 2) напряжением на дополнительном затворе транзисторов и 3) режимом пленок (инверсия, обеднение или обогащение) со стороны дополнительной ГР.

Публикации

Основные научные результаты отражены в 6 публикациях в рецензируемых журналах и в 14 работах в сборниках тезисов российских и международных конференций. Полный список публикаций приведен в конце работы. Личный вклад автора заключался в участии в постановке целей и задач исследования, проведении экспериментальной части, моделировании, анализе и интерпретации экспериментальных данных, написании научных статей и тезисов конференций, а также представлении полученных результатов на научных конференциях.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 119 страниц, включая 47 рисунков. Список литературы включает 137 наименований.

Глава 1

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Подвижность носителей заряда является фундаментальным параметром материала. Она также является важным приборным параметром, который отвечает за быстродействие устройств и отражает свойства гетеросистем полупроводник/диэлектрик. Значение подвижности носителей заряда во многом определяет пригодность материала для изготовления полупроводниковых приборов, позволяет судить о характере взаимодействия свободных носителей заряда с кристаллической решеткой и о структурном совершенстве границ раздела. Для экспериментального определения эффективной подвижности носителей заряда цед- в приповерхностных слоях кремния широко используется проводимость МОП-транзисторов. В данной главе приведен литературный обзор, посвященный поведению подвижности носителей заряда в МОП-транзисторах на объемном кремнии и в тонкопленочных транзисторах. Рассмотрены механизмы рассеяния электронов в системах 81/8Ю2, концепция универсальной полевой зависимости подвижности носителей заряда и проблемы ее применения в тонкопленочных структурах. Отдельный параграф посвящен обзору подвижности электронов в тонких пленках кремния, особое внимание уделено фундаментальному свойству тонких пленок - соирНп§-эффекту.

1.1 Электроны в инверсионном слое

Инверсионный слой МОП-структур представляет собой потенциальную яму, образованную барьером диэлектрика и краем зоны неосновных носителей заряда, изгиб которого меняется под действием поля затвора. Когда толщина инверсионного слоя становится соизмерима с длиной волны де Бройля, движение носителей заряда перпендикулярно границе раздела (ГР) квантуется. В таком случае движение носителей заряда перпендикулярно (вдоль 7) и параллельно (в плоскости ху) ГР следует рассматривать отдельно.

Общая энергия Бюы носителей заряда при их пространственном ограничении в потенциальной яме имеет следующий вид [19-20]:

где Е - энергия края зоны (дна зоны проводимости или потолка валентной зоны) в кремнии, ЕСоП- - энергии дискретных уровней в квантовой яме, Егап -энергия свободного движения носителей в плоскости ху (параллельно ГР).

где кх, ку - компоненты волнового вектора носителей вдоль канала в направлениях х и у, параллельных гетерогранице, ш^ап - эффективная масса в плоскости ху (определяет подвижность носителей заряда), ш«^ - эффективная масса в направлении квантования уровней (определяет ширину инверсионного слоя и энергию уровней), Еей - эффективное электрическое поле, перпендикулярное ГР, I - номер энергетического уровня (0, 1, 2 ...). Разрешенные энергии носителей заряда в инверсионном слое представляют собой набор парабол, минимумы которых совпадают с дискретными уровнями энергии Есоп. Значение Е^ определяет заселенность уровней свободными носителями заряда.

Известно, что зона проводимости кремния имеет шесть эквивалентных долин, расположенных вдоль осей <100> зоны Бриллюэна, которые имеют эллипсоидальную форму с поперечной и продольной эффективной массой ш1=0,19ш0 и т1=0,916ш0, соответственно. В инверсионном слое кремния с ориентацией (100) эти шесть долин расщепляются на двукратно-вырожденные (Д2) долины, расположенные в центре к-пространства, и четырехкратно-вырожденные (Д4) долины вдоль осей кх и ку, как схематично представлено на рис. 1.1 [21-23].

Электронные состояния в инверсионном слое квантуются на подзоны, которые в случае поверхности (100), состоят из двух серий собственных

(1.1)

(1.2)

(1.3)

(а) 2-кратн( вырожд! долины

4-кратно

вырожденные

долины

30

(в)

(б)

<100>

*-<010>

(100)

/

ДЕ= Е'о - Е0

2Э

Рисунок 1.1. Схематичное изображение (а,б) изоэнергетических поверхностей дна зоны проводимости (а) в объемном кремнии (30) и (б) в инверсионном слое кремния (20) и (в) структуры подзон в 2- и 4-кратно вырожденных долинах (Л2 и Л4, соответственно) [21].

энергий - 1) энергии Ei (/=0,1,2 ...), возникающие из 2-кратно вырожденных долин с массой mconf=ml=0.916m0, и 2) энергии Е^ (/=0,1,2 ...), возникающие из 4-кратно вырожденных долин с массой т^п^т^О.^Що. Структура подзон Д2 и Д4 долин схематично показана на рис.1.1б. Из-за разницы эффективных масс Щ;^ имеет место расщепление между энергиями подзон ДЕ (=Е0' - Е0) в Д2 и Д4 долинах [24,25]. Значение ДЕ определяет заселенность подзон в этих долинах - чем больше ДЕ, тем больше заполнена основная подзона с энергией Е0. При комнатной температуре и средней плотности индуцированных электронов в инверсионном слое Ке=3-1012 см-2 значение ДЕ составляет ~50 мэВ [22]. Расщепление между энергиями подзон в инверсионном слое увеличивается с уменьшением температуры Т, увеличением плотности индуцированных носителей заряда N и увеличением механических напряжений [26-28]. Относительная заселенность подзон с энергиями Е0 и Е0' в зависимости от N при температурах 300 К и 150 К показана на рис.1.2.

ые (см"2)

Рисунок 1.2. Относительная заселенность основных подзон 2- и 4-кратных долин (с энергиями Е0 и Е0', соответственно) в инверсионном слое МОП-транзистора в зависимости от Ые при 300 К и 150 К [26].

1.2 Подвижность носителей заряда в объеме и приповерхностных слоях кремния

Подвижность носителей заряда ц является одним из ключевых параметров электронных систем, характеризующим транспортные свойства носителей заряда под действием электрического поля Е. Дрейфовая подвижность носителей заряда определяется как коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей и внешним электрическим полем напряженностью Е, ц=иа/Е [29]. В объеме кремния дрейфовая скорость носителей линейно увеличивается с увеличением электрического поля и имеет насыщение при Е>104 В/см. При комнатной температуре подвижность электронов и дырок в нелегированном кремнии достигает значений це~1400 см2/Вс и цр~500 см2/Вс, соответственно [30-32].

При движении носителей заряда в твердом теле их подвижность определяется скоростью рассеяния, которое вызывает любое отклонение периодичности потенциала кристаллической решетки. Хорошо известно, что

в объеме кремния ц определяется двумя механизмами рассеяния - на ионизованной примеси и на колебаниях кристаллической решетки. Колебания решетки во многом подобны колебаниям гармонического осциллятора, энергия каждой нормальной моды которого квантована. Квант энергии колебательного движения атомов кристалла рассматривается как квазичастица, называемая фононом, которая распространяется через кристалл с определенной энергией и импульсом. С увеличением температуры рассеяние носителей на фононах увеличивается, а значение подвижности уменьшается по степенной зависимости ц~Т-3/2, как показано на рис.1.3 [20]. Рассеяние электронов на ионизованной примеси существенно при низких температурах и уровне легирования Кв>1017 см-3. При рассеянии на ионизованной примеси подвижность носителей заряда увеличивается с увеличением температуры согласно степенной функции ц~Т3/2, в отличие от рассеяния на фононах (рис.1.3).

50 -----''III

100 200 500 1000

Т(К)

Рисунок 1.3. Температурная зависимость подвижности электронов в объеме кремния п-типа при разном уровне легирования Ыи. На вставке - схематичное изображение зависимости ¡л(Т) при рассеянии электронов на ионизованной примеси (ПР) и на фононах (РКР) [21].

Наличие ГР полупроводник/диэлектрик приводит к отклонению периодичности потенциала кристаллической решетки и появлению дополнительных (по сравнению с объемом материала) механизмов рассеяния свободных носителей заряда. Источниками дополнительного рассеяния являются заряд на состояниях ГР и в диэлектрике, шероховатость ГР. Поэтому подвижность носителей заряда в инверсионном слое меньше, чем в объеме кремния. В инверсионном слое подвижность носителей заряда определяется тремя механизмами рассеяния - 1) кулоновским рассеянием (цс), 2) рассеянием на фононах (црь) и 3) на шероховатости ГР (ц8г) [12]. В таком случае определяется эффективная подвижность носителей заряда Цей, которая согласно правилу Матиссена записывается следующим образом:

= (т-+ ТГ + Г-) 1 (1.4)

11

На рис.1.4 схематично представлена зависимость эффективной подвижности и ее компонент, определяемых разными механизмами рассеяния, от температуры и эффективного электрического поля Еей, перпендикулярно-направленного ГР. Значение Еей определяется как [12,33-34]:

Рисунок 1.4. Схематичное изображение полевой зависимости эффективной подвижности и ее компонент, определяемых рассеянием на кулоновских центрах, на фононах и на шероховатости ГР.

Ее/Г =-^(Qdepl+ЛQe) (15)

¿¿о

где е - диэлектрическая проницаемость кремния, Раер1 и ре - заряд обедненной области и инверсионного слоя, соответственно, п - поправочный коэффициент, зависящий от типа носителей заряда и от ориентации кристалла - 1/2 для электронов и 1/3 для дырок в с ориентацией (100).

Использование правила Матиссена удобно тем, что позволяет выделять компоненты эффективной подвижности, определяемые разными механизмами рассеяния. Однако, его применение правомерно при условиях квантового предела, когда заполнена только основная подзона. Расчеты, проведенные в работе [35], показали, что в кремнии с ориентацией (100) электрический квантовый предел для электронов и дырок действителен при Т = 77 К.

1.2.1 Кулоновское рассеяние

Кулоновское рассеяние носителей заряда в инверсионном слое обусловлено флуктуациями потенциала на ионизированной примеси и на заряде в системе (на ГР и в диэлектрике). Поэтому кулоновскую

компоненту цс условно можно разделить на две составляющие - объемную цу_с (на ионизованной примеси) и поверхностную (на заряженных центрах ГР).

Установлено, что цс имеет обратную зависимость от концентрации легирующей примеси N^0 (Цу_С~На,в-1), плотности состояний Dit на границе раздела (цС_й~Ой-1), и линейную зависимость от плотности

индуцированных носителей заряда как показано на рис.1.5 [12,36-38]. При высоком уровне легирования Ка>71016 см-3 и ^>2-1016 см-3 (для п- и р-канальных транзисторов, соответственно) компонента цс определяется рассеянием на ионизованной примеси. При низком и среднем уровне легирования доминирует рассеяние на поверхностных состояниях ГР. Причем поведение зависимости ц^Эй) сохраняется одинаковым независимо от типов осаждаемых пленок диэлектрика (БЮ2 или Ы§И-к диэлектрик) [39].

а

б

в

Рисунок 1.5. Зависимости (а) ¡лс(Ыа) и ¡лс(Оц) (верхняя шкала), (б) ¡лу_С(Ше) и (в) в инверсионном слое МОП-транзистора [37-38].

Увеличение подвижности с повышением плотности индуцированных носителей заряда объясняется эффектом экранирования кулоновских центров. В работе [37] установлено, что степень экранирования различается для зарядов ионизованной примеси и зарядов на границе раздела - цу_С~^е, ц8_С~Не05. Более слабая зависимость ц8_С~Не05 физически объясняется тем, что с увеличением N (в результате увеличения Ееа) носители заряда приближаются к границе раздела, где рассеяние на поверхностных состояниях увеличивается, компенсируя повышение подвижности за счет экранирования. Компоненты

20

цу_с и ц8_с имеют также разную зависимость от температуры - цу_С~Т-1 и ^_с~Т [40-41]. Эта разница обусловлена тем, что рассеяние на ионизованной примеси определяется тепловой скоростью носителей, а рассеяние на поверхностных состояниях - эффектами экранирования. С понижением температуры тепловая скорость носителей уменьшается, что приводит к более длительному их взаимодействию с ионизованными центрами и, соответственно, уменьшению цу_С. При этом экранирование заряда на границе раздела увеличивается, соответственно, увеличивается компонента ц8_С-

1.2.2 Рассеяние на фононах

Рассеяние свободных носителей заряда на фононах определяется законами сохранения энергии и импульса, а также принципом Паули. Поэтому при расчете фононного рассеяния необходимо учитывать распределение носителей по энергиям и дисперсию фононов [42-43]. На рис.1.6 показаны фононные дисперсионные кривые вдоль направлений (100) в кремнии.

Рисунок 1.6. Дисперсионные зависимости фононов в кремнии; вставка -схематичное изображение изоэнергетических поверхностей электронов [42].

0 0,2 0.4 0.6 0.8 1 крЬа/2ж{ Ю0)

Для кремния характерно наличие трех акустических (А) и трех

оптических (О) ветвей фононов. Вдоль направлений высоких симметрий,

таких, как [100] и [111], фононы классифицированы на продольные (ЬЛ, ЬО)

и поперечные (ТА, ТО) в зависимости от того, параллельны или

перпендикулярны их смещения вдоль волнового вектора фонона крь

В инверсионном слое фононное рассеяние может вызвать три разных

типа электронных переходов - переходы между состояниями внутри одной

долины под действием 1) акустических фононов (внутридолиное рассеяние на

акустических фононах) или 2) неполярных оптических фононов

(внутридолиное рассеяние на оптических фононах), 3) переходы между

разными долинами, вызванные акустическими или неполярными оптическими

фононами с высоким импульсом и энергией (междолинное рассеяние) [44].

Внутридолинное рассеяние на акустических фононах включает фононы

с низкой энергией и является практически упругим процессом, когда меняется

импульс носителей, а их энергия остается практически постоянной.

Внутридолинное рассеяние на оптических фононах вызвано фононами с

низким импульсом и высокой энергией. При комнатной температуре в

инверсионном слое кремния преобладает рассеяние на акустических фононах,

поскольку при Т<300 К возбужденно меньше 10% оптических фононов [45].

Междолинное рассеяние подразделяется на рассеяние g-типа - с

переходами носителей между долинами, расположенными на одной оси, и f-

типа - с переходами между долинами на взаимно перпендикулярных осях

(вставка, рис. 1.6). Из законов сохранения энергии и импульса установлено, что

в рассеянии электронов в могут участвовать фононы, волновой вектор

которых составляет ~0.3 и ~1 (для и £ рассеяния, соответственно) от

значения, соответствующего границе зоны Бриллюэна (рис.1.6). В Таблице 1.1

приведены значения энергий и соответствующие им температуры

возбуждения фононов, разрешенных для междолинных переходов в [23,46].

Взаимодействие электронов с акустическими фононами описывается с

помощью теории деформационного потенциала, согласно которой локальное

22

Таблица 1.1. Значения энергий фононов Ерн, температур Т и деформационных потенциалов О, соответствующих междолинным переходам в 81.

ЕрЬ ^В Т,К 0,103 эВ/см

еСТА) 12 140 0.5

18,5 215 0.8

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зайцева Эльза Гайнуллаевна, 2023 год

Список используемой литературы

[1] FD-SOI technology development and key devices characteristics for fast, power efficient, low voltage SoCs / J. Hartmann // Proceedings of 2014 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS). - La Jolla, USA. - 2014. -PP. 5-8.

[2] Barraud S. Top-down fabrication and electrical characterization of Si and SiGe nanowires for advanced CMOS technologies / S. Barraud, B. Previtali, V. Lapras, R. Coquand, C. Vizioz, J.-M. Hartmann, M. Casse // Semicond. Sci. Technol. -2019. - Vol.34. - P. 074001.

[3] Царев А.В. Моделирование электрооптического модулятора на основе вертикального p-n-перехода в структуре кремний-на-изоляторе / А.В. Царев, Р.М. Тазиев // Квантовая электроника. - 2019. - Т. 49. - №11. - СС. 1036-1044.

[4] Naumova O.V. SOI nanowires as sensors for charge detection / O. V. Naumova, B.I. Fomin, D.A. Nasimov, N.V. Dudchenko, S.F. Devyatova, E.D. Zhanaev, V.P. Popov, A.V. Latyshev, A.L. Aseev, Yu.D. Ivanov, A.I. Archakov // Semocond.Sci. Technol. - 2010. - Vol. 25. - P. 055004.

[5] Ohata A. Front- and back-channel mobility in ultrathin SOI-MOSFETs by frontgate split CV method / A. Ohata, M. Casse, S. Cristoloveanu // Solid-State Electron. - 2007 - Vol. 51. - PP. 245-251.

[6] Rudenko T. Experimental study of transconductance and mobility behaviors in ultra-thin SOI MOSFETs with standard and thin buried oxides / T. Rudenko, V. Kilchytska, S. Burignat, J.-P. Raskin, F. Andrieu, O. Faynot, Y. Le Tiec, K. Landry, A. Nazarov, V.S. Lysenko, D. Flandre // Solid-State Electron. - 2010 - Vol. 54. -PP. 164-170.

[7] Celler G. K. Fronties of silicon-on-insulator / G. K. Celler, S. Cristoloveanu // J. Appl. Phys. - 2003 - Vol. 93. - PP. 4955-4978.

[8] Щербачев К.Д. Особенности образования радиационных дефектов в слое кремния структур «кремний на изоляторе» / К.Д. Щербачев, В.Т. Бублик, В.Н. Мордкович, Д.М. Пажин // ФТП. - 2011. - Т. 45, № 6. - СС. 754-758.

[9] Naumova O.V. Properties of silicon nanolayers on insulator/ O.V. Naumova, E.V. Vohmina, T.A. Gavrilova, N.V. Dudchenko, D.V. Nikolaev, E.V. Spesivtsev, V.P. Popov // Mater. Sci. Eng. B - 2006. - Vol. 135. - PP. 238-241.

[10] Reggiani S. Low-field electron mobility model for ultrathin-body SOI and double-gate MOSFETs with extremely small silicon thicknesses / S. Reggiani, E. Gnani, A. Gnudi, M. Rudan, G. Baccarani // IEEE Trans. Electron Dev. - 2007. -Vol.54. - PP. 2204-2212.

[11] Koyama M. Study of carrier transport in strained and unstrained SOI tri-gate and omega-gate silicon nanowire MOSFETs / M. Koyama, M. Cassn, R. Coquand, S. Barraud, C. Vizioz, C. Comboroure, P. Perreau, V. Maffini-Alvaro, C. Tabone, L. Tosti, S. Barnola, V. Delaye, F. Aussenac, G. Ghibaudo, H. Iwai, G. Reimbold // Solid-State Electron. - 2013 - Vol. 84. - PP. 46-52.

[12] Takagi S.-I. On the Universality of Inversion Layer Mobility in Si MOSFET's: Part I-Effects of Substrate Impurity Concentration / S.-I. Takagi, A. Toriumi, M. Iwase, H. Tango // IEEE Trans. Electron Dev. - 1994. - Vol.41. - PP. 2357-2362.

[13] Cristoloveanu S. Why the universal mobility is not / S. Cristoloveanu, N. Rodriguea, F. Gamiz // IEEE Trans. Electron Dev. - 2010. - Vol.57. - PP. 13271333.

[14] Mazzoni G. On Surface Roughness-Limited Mobility in Highly Doped n-MOSFET's / Mazzoni G., A.L. Lacaita, L.M. Perron, A. Pirovano // IEEE Trans. Electron Dev. - 1999. - Vol.46. - PP. 1423-1427.

[15] Rudenko T. A review of special gate coupling effects in long-channel SOI MOSFETs with lightly doped ultra-thin bodies and their compact analytical modeling / T. Rudenko, A. Nasarov, V. Kilchytska, D. Flandre // Solid-State Electron. - 2016. - Vol. 117. - PP. 66-76.

[16] Cristoloveanu S. A review of electrical characterization techniques for ultrathin FDSOI materials and devices / S. Cristoloveanu, M. Bawedin, I. Ionica // Solid-State Electron. - 2016 - Vol. 117. - PP. 10-36.

[17] Navarro C. Multibranch mobility analysis for the characterization of FD SOI

transistors / C. Navarro, N. Rodriguez, A. Ohata, F. Gamiz, F. Andrieu, C.

106

Fenouillet-Beranger, O. Faynot, S. Cristoloveanu // IEEE Trans. Electron Dev. -2012. - Vol.33. - PP. 1102-1104.

[18] Chang S.-J. Mobility investigation by geometrical magnetoresistance in fully depleted MOSFETs and finFETs / S.-J. Chang, M. Bawedin, S. Cristoloveanu // IEEE Trans. Electron Dev. - 2014. - Vol.61. - PP. 1979-1986.

[19] Андо Т. Электронные свойства двумерных систем / Т. Андо, А. Фаулер, Ф. Стерн - Москва: Издательство «Мир», 1985.

[20] Ю П. Основы физики полупроводников / П. Ю, М. Кардона - Москва: Издательство «ФИЗМАТЛИТ», 2002.

[21] Takagi S. Mobility enhancement of SOI MOSFETs due to subband modulation in ultrathin SOI films / S. Takagi, J. Koga, A. Toriumi // Jpn. J. Appl. Phys. - 1998.

- Vol.37. - PP. 1289-1294.

[22] Takagi S. Comparative study of phonon-limited mobility of two-dimensional electrons in strained and unstrained Si metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / S. Takagi, J.L. Hoyt, J.J. Welsen, J.F. Gibbons // J. Appl. Phys. - 1996.

- Vol.80. - PP. 1567-1577.

[23] Fischetti M.V. Monte Carlo study of electron transport in silicon inversion layers / M.V. Fischetti, S.E. Laux // Phys. Rev. B - 1993. - Vol.48. - N.4. - PP. 2244-2274.

[24] Stern F. Self-consistent results for n-type Si inversion layers / F. Stern // Phys. Rev. B - 1972. - Vol.5. - N.12. - PP. 4891-4899.

[25] Silvestri L. A low-field mobility model for bulk, ultrathin body SOI and doublegate n-MOSFETs with different surface and channel orientations - Part I: Fundamental principles / L. Silvestri, S. Reggiani, E. Gnani, A. Gnudi, G. Baccarani // IEEE Trans. Electron Dev. - 2010. - Vol.57. - N. 7. - PP. 1567-1574.

[26] Esseni D. A quantitative error analysis of the mobility extraction according to the Matthiessen rule in advanced MOS transistors / D. Esseni, F. Driussi // IEEE Trans. Electron Dev. - 2011. - Vol.58. - N. 8. - PP. 2415-2422.

[27] Driussi F. Simulation study of Coulomb mobility in strained silicon / F. Driussi,

D. Esseni // IEEE Trans. Electron Dev. - 2009. - Vol.56. - N. 9. - PP. 2052-2059.

107

[28] Roldan J.B. An in-depth Monte Carlo study of low-field mobility in ultra-thin body DGMOSFETs for modeling purposes / J.B. Roldan, F. Jimenez-Molinos, M. Balaguer, F. Gamiz // Solid-State Electron. - 2013. - Vol.79. - PP. 92-97.

[29] Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов / С.М. Зи - Москва: Издательство «Энергия», 1973.

[30] Norton P. Impurity and lattice scattering parameters as determined from Hall and mobility analysis in n-type Silicon / P. Norton, T. Braggins, H. Levinstein // Phys. Rev. B - 1973. - Vol. 8. - No.12. - PP. 5632-5653.

[31] Li S.S. The dopant density and temperature dependence of electron mobility and resistivity in n-type silicon / S.S. Li, W.R. Thurber // Solid-State Electron. -1977. - Vol.20. - PP. 609-616.

[32] Jacoboni C. A review of some charge transport properties of silicon / C. Jacoboni, C. Canali, G. Ottaviani, A. Alberigi Quaranta // Solid-State Electron. -1977. - Vol.20. - PP. 77-89.

[33] Vasileska D. Scaled silicon MOSFET's: Universal mobility behavior / D. Vasileska, D.K. Ferry // IEEE Trans. Electron Dev. - 1997. - Vol.44. - N. 4. - PP. 577-583.

[34] Characterization of the electron mobility in the inverted <100> Si surface / A.G. Sabnis, J.T. Clemens // Proceedings of 1979 Internal Electron Devices Meeting. -Washington, USA. - 1979. - PP. 18-21.

[35] Pirovano A. Explaining the dependences of the hole and electron mobilities in Si inversion layers / A. Pirovano, A.L. Lacaita, G. Zandler, R. Oberhuber // IEEE Trans. Electron Dev. - 2000. - Vol.47. - PP. 718-724.

[36] Koga Ju. Influences of buried-oxide interface on inversion-layer mobility in ultra-thin SOI MOSFETs / Ju. Koga, Sh.-I. Takagi, A. Toriumi // IEEE Trans. Electron Dev. - 2002. - Vol.49. - PP. 1042-1048.

[37] Different contribution of interface states and substrate impurities to Coulomb scattering in Si MOS inversion layer / J. Koga, S. Takagi, A. Toriumi // Extended Abstracts of the 1994 Internal Conference on Solid State Devices and Materials. -Yokohama, Japan. - 1994. - PP. 895-897.

[38] A Comprehensive study of MOSFET electron mobility in both weak and strong inversion regimes/ J. Koga, S. Takagi, A. Toriumi // Proceedings of 1994 IEEE Internal Electron Devices Meeting. - San Francisco, USA. - 1994. - PP. 475-478.

[39] Halley D. Charging effects on the carrier mobility in silicon-on-insulator wafers covered with a high-k layer / D. Halley, G. Norga, A. Guiller, J. Fompeyrine, J.P. Locquet, U. Drechsler, H. Siegwart, C. Rossel // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol.94. -PP. 6607-6610.

[40] Chain K. A MOSFET electron mobility model of wide temperature range (77 -400 K) for IC simulation / K. Chain, J. Huang, J. Duster, P.K. Ko, Ch. Hu // Semicond. Sci. Technol. - 1997. - Vol. 12. - PP. 355-358.

[41] Zaouia S. Transition from partial to full depletion in advanced SOI MOSFETs: Impact of channel length and temperature / S. Zaouia, S. Cristoloveanu, M. Sureddin, S. Goktepeli, A.H. Perera // Solid-State Electron. - 2007. - Vol. 51. - PP. 252-259.

[42] Pop E. Analytic band Monte Carlo model for electron transport in Si including acoustic and optical phonon dispersion / E/ Pop, R.W. Dutton, K.E. Goodson // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol.96. - No.9. - PP. 4998-5005.

[43] Shoji M. Phonon-limited inversion layer electron mobility in extremely thin Si layer of silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistor / M. Shoji, S. Horiguchi // J. Appl. Phys. - 1997. - Vol. 82. - PP. 6096-6101.

[44] Knezevic I. Diffuse transport in quasi-2D and quasi-1D electron systems / I. Knezevic, E.B. Ramayya, D. Vasileska, S.M. Goodnick // J. Comput. Theor. Nanosci. - 2009. - Vol. 6. - No.8. - PP. 1725-1753.

[45] Брандт Н.Б. Квазичастицы в физике конденсированного состояния / Н.Б. Брандт, А.В. Кульбачинский - Москва: Издательство ФИЗМАТЛИТ, 2005.

[46] Uchida K. Experimental study on electron mobility in ultrathin-body silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / K. Uchida, J. Koga, S. Takagi // J. Appl. Phys. - 2007. - Vol. 102. - 074510.

[47] Experimental evidence of increased deformation potential at MOS interface and

its impact on characteristics of ETSOI FETs / T. Ohashi, T. Takahashi, N. Beppu,

109

S. Oda, K. Uchida // Proceedings of 2011 Internal Electron Devices Meeting. -Washington, USA. - 2011. - PP. 16.4.1-4.

[48] Fischetti M.V. Band structure, deformation potentials, and carrier mobility in strained Si, Ge, and SiGe alloys / M.V. Fischetti, S.E. Laux // J. Appl. Phys. - 1996.

- Vol.80. - PP. 2234-2252.

[49] Park K.H. Determination of deformation potential constant of the conduction band in Si from electron heating experiments on Si metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / K.H. Park, T. Unuma, K. Hirakawa, S. Takagi // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91. - 132118.

[50] Niquet Y.-M. Quantum calculations of the carrier mobility: Methodology, Matthiessen's rule, and comparison with semi-classical approaches / Y.-M. Niquet, V.-H. Nguyen, F. Triozon, I. Dichemin, O. Nier, D. Rideau // J. Appl. Phys. - 2014.

- Vol. 115. - 054512.

[51] Esseni D. Physically based modeling of low field electron mobility in Ultrathin single- and double-gate SOI n-MOSFETs / D. Esseni, A. Abramo, L. Selmi, E. Sangiorgi // IEEE Trans. Electron. Dev. - 2003. - Vol.50. - PP. 2445-2455.

[52] Ohashi T. Impact of deformation potential increase at Si/SiO2 interfaces on stress-induced electron mobility enhancement in metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / T. Ohashi, S. Oda, K. Uchida // Jpn. J. Appl. Phys. - 2013. - Vol. 52. - 04CC12.

[53] Ohashi T. Experimental study on deformation potential (Dac) in MOSFETs: demonstration of increased Dac at MOS interfaces and its impact on electron mobility / T. Ohashi, T. Tanaka, T. Takahashi, S. Oda, K. Uchida // IEEE J. Electron Devices Soc. - 2016. - Vol.4. - No.5. - PP. 278-285.

[54] Choi S. Analysis of stress-induced mobility enhancement on (100)-oriented single- and double-gate n-MOSFETs using silicon-thickness-dependent deformation potential / S. Choi, W. Sun, H. Shin // Semicond. Sci. Technol. - 2015. - Vol. 30. -045009.

[55] Logan R.A. Impurity effects upon mobility in silicon / R.A. Logan, A.J. Peters

// J. Appl. Phys. - 1960. - Vol. 31. - PP. 122-124.

110

[56] Li S.S. The dopant density and temperature dependence of electron mobility and resistivity in n-type silicon / S.S. Li, W.R. Thurber // Solid-State Electron. -1977. - Vol. 20. - PP. 609-616.

[57] Reggiani S. An analytical, temperature-dependent model for majority- and minority-carrier mobility in silicon devices / S. Reggiani, M. Valdinoci, L. Colalongo, M. Rudan, G. Baccarani // VLSI Design. - 2000. - Vol. 10. - No.4. -PP. 467-483.

[58] Surface mobility in silicon at large operating temperature / S. Reggiani, M. Valdinoci, L. Colalongo, M. Rudan, G. Baccarani, A. Stricker, F. Illien, N. Felber, W. Fichtner, S. Mettler, S. Lindenkreuz, L. Zullino // Proceedings of International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices. - Kobe, Japan. - 2002. - PP. 15-20.

[59] Lombardi C. A physically based mobility model for numerical simulation of nonplanar devices / C. Lombardini, S. Manzini, A. Saporito, M. Vanzi // IEEE Trans. Computer-Aided Design. - 1988. - Vol. 7. - No.11. - PP. 1164-1171.

[60] Jeon D.S. MOSFET electron inversion layer mobilities - A physically based semi-empirical model for a wide temperature range / D.S. Jeon, D.E. Burk // IEEE Trans. Electron Dev. - 1989. - Vol.36. - PP. 1456-1463.

[61] Villa S. A physically-based model of the effective mobility in heavily-doped n-MOSFET's / S. Villa, A.L. Lacaita, L.M. Perron, R. Bez // IEEE Trans. Electron Dev. - 1998. - Vol.45. - PP. 110-115.

[62] Uchida K. Carrier scattering induced by thickness fluctuation of silicon-on-insulator film in ultrathin-body metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / K. Uchida, S.-I. Takagi // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol.82. - PP. 2916-2918.

[63] Lee Y.-S. Silicon thickness fluctuation scattering dependence of electron mobility in ultrathin body silicon-on-insulator m-metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / Y.-S. Lee, T.-H. Shim, S.-D. Yoo, J.-G. Park // J. Appl. Phys. -2008. - Vol. 103. - 084503.

[64] Esseni D. On the modeling of surface roughness limited mobility in SOI MOSFETs and its correlation to the transistor effective field / D. Esseni // IEEE Trans. Electron Dev. - 2004. - Vol. 51. - PP. 394-401.

[65] Goodnick S.M. Surface roughness at the Si(100)-Si02 interface / S.M. Goodnick, D.K. Ferry, C.W. Wilmsen, Z. Liliental, D. Fathy, O.L. Krivanek // Phys. Rev. B. - 1985. - Vol.32. - PP. 8171-8186.

[66] Yoshinobu T. Mesoscopic roughness characterization of grown surfaces by atomic force microscopy / T. Yoshinobu, A. Iwamoto, H. Iwasaki // Jpn. J. Appl. Phys. - 1994. - Vol. 33. - PP. 67-69.

[67] Prange R.E. Quantum spectroscopy of the low-field oscillations in the surface impedance / R.E. Prange, T.-W. Nee // Phys. Rev. - 1968. - Vol.168. - No.3. - PP. 779-786.

[68] Pirovano A. On the correlation between surface roughness and inversion layer mobility in Si-MOSFET's / A. Pirovano, A.L. Lacaita, G. Ghidini, G. Tallarida // IEEE Electron Dev. Lett. - 2000. - Vol.21. - PP. 34-36.

[69] Matsumoto Y. Scattering mechanism and low temperature mobility of MOS inversion layers / Yu. Matsumoto, Ya.Uemura // Jpn. J. Appl. Phys. - 1974. -Vol.13. - PP. 367-370.

[70] Schwarz S.A. Semi-empirical equations for electron velocity in silicon: part II

- MOS inversion layer / S.A. Schwarz, S.E. Russek // IEEE Trans. Electron Dev. -1983. - Vol.30. - PP. 1634-1639.

[71] Sun S.C. Electron mobility in inversion and accumulation layers on thermally oxidized silicon surfaces / S.C. Sun, J.D. Plummer // IEEE Trans. Electron Dev. -1980. - Vol. 27. - PP. 1497-1508.

[72] Banqueri J. A procedure for the determination of the effective mobility in an n-MOSFET in the moderate inversion region / J. Banqueri, J.A. Lopez-Villanueva, F. Gamiz, J.E. Carceller, E. Lora-Tamayo, M. Lozano // Solid-State Electron. - 1996.

- Vol. 39. - PP. 875-883.

[73] The SOI odyssey / Hemment P. Proceedings of the International Symposium

Silicon-on-insulator Technology and Devices XI. - New-York. - 2003. - PP. 1-12.

112

[74] Izumi K. History of SIMOX material / K. Izumi // MRS bulletin. - 1998. - Vol. 23. - PP. 20-24.

[75] Bruel M. Silicon on insulator material techlogy / M. Bruel // Electron. Lett. -1995. - Vol. 31. - PP. - 1201-1202.

[76] Попов В.П. Свойства структур и приборов на кремний-на-изоляторе / В.П. Попов, А.И. Антонова, А.А. Французов, Л.Н. Сафронов, Г.Н. Феофанов, О.В. Наумова, Д.В. Киланов // ФТП. - 2001. - Т. 31. - № 9. - СС. 1075-1083.

[77] Lasky J.B. Wafer bonding for silicon-on-insulator technologies / J.B. Lasky // Appl. Phys. Lett. - 1986. - Vol. 48. - PP. 78-80.

[78] Cho W.-J. Thermal annealing effects on the electrical characteristics of the back interface in nano-silicon-on-insulator channel / W.-J. Cho, C.-G. Ahn // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 90. - 143509.

[79] Papaioannout G. Characterization of SIMOX-MOS transistors by photo-induced current transient spectroscopy / G. Papaioannout, B. Ioannou-Sougleridis, S. Cristoloveanu // Semicond. Sci. Technol. - 1991. - Vol. 6. - PP. 937-939.

[80] Cristoloveanu S. A review of the pseudo-MOS transistor in SOI wafers: Operation, parameter extraction, and applications / S. Cristoloveanu, D. Munteanu, M. Liu // IEEE Trans. Electron Dev. - 2000. - Vol. 47. - PP. 1018-1027.

[81] Hovel H.J. Si film electrical characterization in SOI substrates by the HgFET technoloque / H.J. Hovel // Solid-State Electron. - 2003. - Vol. 47. - PP. 1311-1333.

[82] Lim H.-K. Threshold voltage of thin-film silicon-on-insulator (SOI) MOSFET's / H.-K. Lim, J.G. Fossum // IEEE Trans. Electron Dev. - 1983. - Vol. 30. - PP. 1244-1251.

[83] Rudenko T. Revision of interface coupling in ultra-thin body silicon-on-insulator MOSFETs / T. Rudenko, A. Nazarov, V. kilchytska, D. Flandre, V. Popov, M. Ilnitsky, V. Lysenko // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2013. - Vol. 16. - No. 3. - PP. 300-309.

[84] Esseni D. An experimental study of mobility enhancement in ultrathin SOI

transistors operated in double-gate mode / D. Esseni, M. Mastrapasqua, G.K. Celler,

C. Fiegna, L. Selmi, E. Sangiorgi // IEEE Trans. Electron Dev. - 2003. - Vol.50. -

113

PP. 802-808.

[85] Sverdlov V. Volume inversion mobility in SOI MOSFETs for different thin body operations / V. Sverdlov, E. Undersboeck, H. Kosina, S. Selberherr // SolidState Electron. - 2007. - Vol. 51. - PP. 299-305.

[86] Gamiz F. Electron mobility in double gate silicon on insulator transistors: Symmetric-gate versus asymmetric-gate configuration / F. Gamiz, J.B. Roldan, A. Godoy, P. Cartujo-Cassinello, J.E. Carceller // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 94. -No.9. - PP. 5732-5741.

[87] Schmidt M. Mobility extraction in SOI MOSFETs with sub 1 nm body thickness / M. Schmidt, M.C. Lemme, H.D.B. Gottlob, F. Drussi, L. Selmi, H. Kurz // Solid-State Electron. - 2009. - Vol. 53. - PP. 1246-1251.

[88] Choi J.-H. Electron mobility behavior in extremely thin SOI MOSFET's / J.H. Choi, Y.-J. Park, H.-S. Min // IEEE Electron Dev. Lett. - 1995. - Vol. 16. - PP. 527529.

[89] Experimental study on carrier transport mechanisms in double- and single-gate ultrathin-body MOSFETs - Coulomb scattering, volume inversion, and 5TSOI-induced scattering / K. Uchida, J. Koga, S. Takagi // Proceedings of IEEE Internal Electron Device Meeting 2003. - USA, Washintong. - 2003. - PP. 805-809.

[90] Performance and reliability concerns of ultra-thin SOI and ultra-thin gate oxide MOSFET's / A. Toriumi, J. Koga, H. Satake, A. Ohata // Proceeding of 1995 Internal Electron Device Meeting Technical Digest. - USA, Washington. - 1995. - PP. 847850.

[91] Naumova O. A experimental study of properties of ultrathin Si layer with bonded Si/SiO2 interface / O. Naumova, B. Fomin, V. Popov, V. Strelchuk, A. Nikolenko, A. Nazarov // Advanced Material Research. - 2014. - Vol. 854. - PP. 310.

[92] Gamiz F. Monte Carlo simulation of double-gate silicon-on-insulator inversion layers: The role of volume inversion / F. Gamiz, M.V. Fischetti // J. Appl. Phys. -2001. - Vol. 89. - No. 10. - PP. 5478-5487.

[93] Hamaide G. Impact of free-surface passivation on silicon on insulator buried

114

interface properties by pseudotransistor characterization / G. Hamaide, F. Allibert, H. Hovel, S Cristoloveanu //J. Appl. Phys. - 2007. - Vol. 101. - 114513.

[94] Fernandez C. On the effective mobility extraction by point-contact techniques on silicon-on-insulator substrates / C. Fernandez, N. Rodrigues, C. Marquez, A. Ohata, F. Allibert // J. Appl. Phys. - 2015. - Vol. 117. - 035707.

[95] Esseni D. Low field electron and hole mobility of SOI transistors fabricated on ultrathin silicon films for deep submicrometer technology application / D. Esseni, M. Mastopasqua, G.K. Celler, C. Fiegna, L. Selmi, E. Sangiorgi // IEEE Trans. Electron Dev. - 2001. - Vol. 48. - PP. 2842-2850.

[96] Donneti L. Acoustic phonon confinement in silicon nanolayers: Effect on electron mobility / L. Donetti, J.B. Roldan, A. Godoy // J. Appl. Phys. - 2006. - Vol. 100. - 013701.

[97] Ramayya E.B. Electron transport in silicon nanowires: The role of acoustic phonon confinement and surface roughness scattering / E.B. Ramayya, D. Vasileska, S.M. Goodnick, I. Knezevic // J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 104. - 063711.

[98] Ohata A. Mobility enchancement by back-gate biasing in ultrathin SOI MOSFETs with thin BOX / A. Ohata, Y. Bae, C. Fenouillet-Beranger, S. Cristoloveanu // IEEE Electron Dev. Lett. - 2012. - Vol. 33. - PP. 348-350.

[99] Gamiz F. Temperature behavior of electron mobility in double-gate silicon on insulator transistors / F. Gamiz // Semicond. Sci. Technol. - 2004. - Vol. 19. - PP. 113-119.

[100] Donneti L. The effect of surface roughness scattering on hole mobility in double gate silicon-on-insulator devices / L. Donneti, F. Gamiz, N. Rodriguez, A. Godoy, C. Sampedro // J. Appl. Phys. - 2009. - Vol. 106. - 023705.

[101] Balestra F. Double-gate silicon-on-insulator transistor with volume inversion: A new device with greatly enhanced performance / F. Balestra, S. Cristoloveanu, M. Benachir, J. Brini, T. Elewa // IEEE Electron Dev. Lett. - 1987. - Vol. 8. - PP. 410412.

[102] Lopez-Villanueva J.A. Effects of the inversion-layer centroid on the

performance of doubl-gate MOSFET's / J.A. Lopez-Villanueva, P. Cartujo-

115

Cassinello, F. Gamiz, J. Bangueri, A. Palma // IEEE Trans. Electron Dev. - 2000. -Vol. 47. - PP. 141-146.

[104] Eminente S. Ultra-thin fully-depleted SOI MOSFETs: Special charge properties and coupling effects / S. Eminente, S. Cristoloveanu, R. Clerc, A. Ohata, G. Gibaudo // Solid-State Electron. - 2007. - Vol. 51. - PP. 239-244.

[105] Rodrigues N. Evidence for mobility enhancement in double-gate silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / N. Rodriguez, S. Cristoloveanu, F. Gamiz // J. Appl. Phys. - 2007. - Vol. 102. - 083712.

[106] Cristoloveanu S. Evidence of supercoupling effect in ultra-thin silicon layers using a four-gate MOSFET / S. Cristoloveanu, S. Athanasiou, M. Bawedin, Ph. Galy // IEEE Electron Dev. Lett. - 2017. - Vol. 38. - PP. 157-159.

[107] Origins of universal mobility violation in SOI MOSFETs / N. Rodriguez, S. Cristoloveanu, F. Gamiz // Proceedings of the European Solid State Device Research Conference. - Spain, Seville. - 2010. - PP. 420-423.

[108] Ohata A. Impack of back-gate biasing on effective field and mobility in ultrathin silicon-on-insulator mtal-oxide-semiconductor field-effect-transistors / A. Ohata, N. Rodriguez, C. Navarro, F. Gamiz, F.C. Fenouillet-Beranger, S. Cristoloveanu // J. Appl. Phys. - 2013. - Vol. 113. - 144514.

[109] Fernandez C. Bias-Engineered mobility in advanced FD-SOI MOSFETs / C. Fernandez, N. Rodriguez, A. Ohata, F. Gamiz, F. Andrieu, C. Fenouillet-Beranger, O. Faynot, S. Cristoloveanu // IEEE Electron Dev. Lett. - 2013. - Vol. 34. - PP. 840-842.

[110] Kadotani N. Experimental study on electron mobility in accumulation-mode silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors / N.Kadotani, T. Ohashi, T. Takahashi, S. Oda, K. Uchida // Jpn. J. Appl. Phys. -2011. - Vol. 50. - 094101.

[111] Tsutsui G. Mobility and threshold-voltage comparison between (110)- and (100)-oriented ultrathin-body silicon MOSFETs / G. Tsutsui, T. Hiramoto // IEEE Trans. Electron Dev. - 2006. - Vol. 53. - PP. 2582-2588.

[112] Rudenko T. Carrier mobility in undoped triple-gate finFET structures and

116

limitations of its description in terms of top and sidewall channel mobilities / T. Rudenko, V, Kilchytska, N. Collart, M. Jurczak, A. Nazarov, D. Flandre // IEEE Trans. Electron Dev. - 2008. - Vol. 55. - PP. 3532-3541.

[113] Lee J.W. Mobility analysis of surface roughness scattering in finFET devices / J.W. Lee, D. Jang, M. Mouis, G.T. Kim, T. Chiarella, T. Hoffmann, G. Ghibaudo // Solid-State Electron. - 2011. - Vol. 62. - PP. 195-201.

[114] Mastrapasqua M. Measurements of low field mobility in ultra-thin SOI n- and p-MOSFETs / M. Mastrapasqua, D. Esseni, G.K. Celler, C. Fiegna, L, Selmi, E. Sangiorgi // Microelectronic Engineering. - 2001. - Vol. 59. - PP. 409-416.

[115] Ohata A. Mobility comparison between front and back channels in ultrathin silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors by the frontgate split capacitance-voltage method / A. Ohata, S. Cristoloveanu // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol.89. - 032104.

[116] Hamaide G.Mobility in ultrathin SOI MOSFET and pseudo-MOSFET: Impact of the potential at both interfaces / G. Hamaide, F. Allibert, F. Andrieu, K. Romanjek, S. Cristoloveanu // Solid-State Electron. - 2011. - Vol. 57. - PP. 83-86.

[117] Ortiz-Conde A. A review of DC extraction methods for MOSFET series resistance and mobility degradation model parameters / A. Ortiz-Conde, A. Surce-Gonzalez, F. Zarate-Rincon, R. Torres-Torres, R.S. Murphy-Arteaga, J.J. Liou, F. J. Garcia-Sanchez //Microelectronics Reliability. - 2017. - Vol. 69. - PP. 1-16.

[118] Masaki K. Temperature dependence of electron mobility in Si inversion layers / K. Masaki, K. Taniguchi, C. Hamaguchi, M. Iwase // Jpn. J. Appl. Phys. - 1991. -Vol.30. - PP. 2734-2739.

[119] Mitta S.B. Electrical characterization of 2D materials-based field-effect transistors / S.B. Mitta, M.S. Choi, A. Nipane, F. Ali, C. Kim, J.T. Teherani, J. Hone, W.J. Yoo // 2D Mater. - 2021. - Vol. 8. - 012002.

[120] Kruithof G.H. Temperature and interface-riughness dependenceof the electron mobility in high-mobility Si(100) inversion layers below 4.2 K / G.H. Kruithof, T.M. Klapwijk, S. Bakker // Phys. Rev. B. - 1991. - Vol. 43. - PP. 6642-6649.

[121] Cristoloveanu S. The Corbino pseudo-MOSFET on SOI: Measurements,

117

model, and application / S. Cristoloveanu, T.V. Chandrasekhar Rao, Q.T. Nguyen, J. Antoszewski, H. Hovel, P. Gentil, L. Faraone // IEEE Trans. Electron Dev. - 2009.

- Vol. 56. - PP. 474-482.

[122] Pirro L. Electrical characterization of ultra-thin silicon-on-insulator substrates: Static and split C-V measurements in the pseudo-MOSFET / L. Pirro, A. Diab, I. Ionica, G. Ghibaudo, S. Cristoloveanu // ECS Trans. - 2013. - Vol.54. - PP. 203208.

[123] Koomen J. Investigation of the most channel conductance in weak inversion / J. Koomen // Solid-State Electron. - 1973. - Vol. 16. - PP. 801-810.

[124] Klaassen D.B.M. A unified mobility model for device simulation - I. Model equations and concentration dependence / D.B.M. Klaassen // Solid-State Electron.

- 1992. - Vol. 35. - PP. 953-959.

[125] A unified analytical model for bulk and surface mobility in Si n- and p-channel MOSFET's / S. Reggiani, M. Valdinoci, L. Colalongo, G. Baccarani // Proccedings of 29th European Solid-State Device Research Conference. - Belgium, Leuven. -1999. - PP.240-243.

[126] Sentaurus Device User Guide - Synopsys, 2010.

[127] Canali C. Electron drift velocity in silicon / C. Canali, C. Jacoboni, F. Nava, G. Ottaviani, A. Alberigi-Quaranta // Phys. Rev. B. - 1975. - Vol. 12. - No. 4. - PP. 2265-2284.

[128] Астрова Е.В. Исследование структуры и состава кремниевых микроструктур, подвергшихся циклическому внедрению и экстракции лития / Е.В. Астрова, Г.В. Ли, А.В. Парфеньева, А.М. Румянцева, В.В. Жданов, С.С. Павлов, В.С. Левицкий, Е.И. Теруков, В.Ю. Давыдов // ФТП. - 2015. - Т. 85. -В. 4. - СС. 52-61.

[129] Toro R.G. Argon and hydrogen plasma influence on the protective properties of diamond-like carbon films as barrier coating / R.G. Toro, P. Calandra, B. Cortese, T.D. Caro, M. Brucale, A. Mezzi, F. Federici, D. Caschera // Surfaces and Interfaces.

- 2017. - Vol. 6. - PP. 60-71.

[130] Dutta P. High mobility single-crystalline-like silicon thin films on inexpensive

118

flexible metal foils by plasma enhanced chemical vapor deposition / P. Dutta, Y. Gao, M. Rathi, Y. Yao, Y. Li, M. Iliev, J. Martinez, V. Selvamanickam // Acta Materialia. - 2018. - Vol. 147. - PP. 51-58.

[131] Drahi E. Characterization of sintered inkjet-printed silicon nanoparticle thin films for thermoelectric devices / E. Drahi, A. Gupta, S. Blayac, S. Saunier, P. Benaben // Phys. Status Solidi A. - 2014. - Vol. 211. - No. 6. - PP. 1301-1307.

[132] Bolotov V.V. Mechanical stress relaxation in ion-implanted SOS structures / V.V. Bolotov, M.D. Efremov, V.A. Volodin // Thin Solid Films. - 1994. - Vol. 248.

- PP. 212-219.

[133] Wolf I.D. Micro-Raman spectroscopy to study local mechanical stress in silicon integrated circuits / I.D. Wolf // Semicond. Sci. Technol. - 1996. - Vol. 11.

- PP. 139-154.

[134] Darwish M.N. An improved electron and hole mobility model for general purpose device simulation / M.N. Darwish, J.L. Lentz, M.R. Pinto, P.M. Zeitzoff, T.J. Krutsick, H.H. Vuong // IEEE Trans. Electron Dev. - 1997. - Vol. 44. - PP. 1529-1539.

[135] Reichert G. Mobility modeling of SOI MOSFETs in the high temperature range / G. Reichert, T. Ouisse, J.L. Pelloie, S. Cristoloveanu // Solid-State Electronics. - 1996. - Vol. 39. - PP. 1347-1352.

[136] Silveastri L. A low-field mobility model for bulk, ultrathin body SOI and double-gate n-MOSFETs with different surface and channel orientations - Part I: Fundamental principles / L. Silvestri, S. Reggiani, E. Gnani, A. Gnudi, G. Baccarani // IEEE Trans. Electron Dev. - 2010. - Vol. 57. - PP. 1567-1574.

[137] Myronov M. Chapter 3 - Molecular beam epitaxy of high mobility silicon, silicon germanium and germanium quantum well heterostructures / M. Myronov -Elsivier, 2018.